Brochmann avla sin doktorgrad i sosiologi ved Universitetet i Oslo i 1990 og arbeidet som forsker II og senere forsker I ved Institutt for samfunnsforskning. Hun var også professor II ved Institutt for sosiologi og samfunnsgeografi ved Universitetet i Oslo, og ble ansatt som professor i full stilling der i 2007. Hun var instituttleder ved Institutt for sosiologi og samfunnsgeografi fra 2012 til 2013. Hennes publiseringer har hovedsakelig vært innen internasjonal migrasjon og utvikling, EUs innvandringspolitikk, integrasjonspolitikk i velferdsstater og i et nordisk komparativt perspektiv, samt historiske studier av innvandring til Norge.